基于被动微波多系点反演海冰厚度的方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于被动微波多系点反演海冰厚度的方法及系统，包括卫星数据处理，提取被动微波数据包括经度、纬度、多角度多极化下的亮温观测值，提取海冰密集度数据包括经度、纬度和海冰密集度；海冰亮温值整合；海冰厚度反演，包括以海冰密集度产品格网为基础进行数据处理，将海冰亮温值根据最近邻法插值到对应格网单元内，在海冰冻结期内构建格网单元内的海冰亮温值与海冰密集度的长时间序列，得出系点对，即稳定的海水亮温值和海冰亮温值，得出衰减因子；在海冰

【技术实现步骤摘要】
基于被动微波多系点反演海冰厚度的方法及系统


[0001]本专利技术属于摄影测量和遥感领域，特别涉及基于被动微波多系点反演海冰厚度的方法及系统。

技术介绍

[0002]在过去的100年中，世界各地气象站记录的地表长时序温度数据表明，全球气温上升了0.6℃,而北极地区的局部变暖速度在1961年至1990年期间甚至超过了每十年0.5℃。两极地区覆盖有全球最大范围的冰雪地表，这使得在全球变暖的大背景下，两极地区对气候变化表现最为敏感。尤其是极地海冰作为气候系统的重要因子，对全球气候变化有着指示器作用。由于海洋
‑
大气系统的相互作用，海冰的变化特征相比于陆地冰雪更加明显，如海冰范围变小、厚度变薄、冰型变化显著以及漂移和融化再冻结等。
[0003]北极海冰作为海洋和大气之间的天然屏障，调节海洋和大气的热量和辐射平衡，使区域保持低能量状态，成为地球的热汇和冷源，以一种复杂的方式影响全球气候系统，进而影响其循环和温度。通过雪、冰的高反照率等因素相关的反馈系统对外部驱动因素的快速响应，北极海冰变化提供了全球气候变化的早期指标。因此，获取准确的海冰参数(厚度、密集度、范围、反照率等)至关重要。
[0004]海冰厚度作为海冰的重要参数之一，对气候变化和实际应用均有十分重要的意义。海冰厚度对大气
‑
海冰
‑
海洋耦合作用过程的影响尤为显著，决定了海
‑
气能量与水汽的交换过程和速率，主导着海冰的物理力学特征，影响海冰的运动、形变以及海冰的冻结与消融过程。近年来北极海冰变化十分活跃，海冰覆盖范围在不断退缩，冰层厚度在不断变薄，而厚度小于半米的薄冰更是在海洋
‑
大气热交换中占主导地位。因此，能够准确反演薄冰厚度十分重要。若需获取大范围的海冰厚度，对于厚冰，主要利用卫星测高数据反演；对于薄冰，主要利用遥感数据反演。
[0005]被动微波遥感技术因为不受天气影响逐渐成为众多学者反演大尺度海冰厚度的方法，依据被动微波亮温值反演海冰厚度，原理在于目标物体的微波辐射与自身的物理性质相关，由于海冰内部结构复杂，其微波辐射能量与海水不同，因此微波辐射计探测到的亮温值可以轻易的分辨出海冰与海水，并且亮温值随海冰厚度的增长而增长，并逐渐趋于稳定。传统的方法是利用单系点对反演研究区域甚至是全北极海冰厚度初值，然而，不同海域的海水、海冰由于温度、盐度的不同会影响亮温值的不同，进而导致反演海冰厚度的不确定性较大。因此本专利技术提出构建多系点对，代表不同海域，共同反演海冰厚度，降低不确定性。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对现有薄冰厚度估算方法中存在的不确定性，提供基于被动微波的多系点反演海冰厚度的方法及系统。
[0007]本专利技术所提供一种基于被动微波多系点反演海冰厚度的方法，包括以下步骤，
[0008]步骤1，卫星数据处理，提取被动微波数据包括经度、纬度、多角度多极化下的亮温
观测值；提取海冰密集度数据包括经度、纬度和海冰密集度；
[0009]步骤2，海冰亮温值整合，包括以下子步骤，
[0010]步骤2.1，根据阈值法，进行射频干扰识别；
[0011]步骤2.2，利用剔除射频干扰后的多角度多极化亮温观测值，计算得出海冰亮温值强度；
[0012]步骤2.3，根据预设的分辨率，计算每个格网单元范围内的亮温观测值做平均；
[0013]步骤3，海冰厚度反演，包括以下子步骤，
[0014]步骤3.1，以海冰密集度产品格网为基础，进行数据处理；
[0015]步骤3.2，将步骤2中提取的海冰亮温值，根据最近邻法插值到对应格网单元内；
[0016]步骤3.3，在海冰冻结期内，构建格网单元内的海冰亮温值与海冰密集度的长时间序列，得出系点对，即稳定的海水亮温值和海冰亮温值；
[0017]步骤3.4，得出系点对，引入半经验趋近方程，与亮温观测值方程联立，带入格网单元内的亮温观测值时间序列，根据最小二乘优化，得出衰减因子；
[0018]步骤4，在海冰
‑
海水交界区域挑选重复步骤3，获取不同海域的不同系点对，最后，应用全部的系点对反演海冰厚度。
[0019]而且，步骤2.2中，计算得出海冰亮温值强度T
B,I
如下，
[0020][0021]其中，T
B,H
、T
B,V
分别是地球参考框架中的水平和垂直极化的亮度温度。
[0022]而且，步骤3.4中，得出系点对，引入半经验趋近方程：
[0023]T
obs
＝T1‑
(T1‑
T0)exp(
‑
γd)
[0024][0025]式中，T0、T1为海水、海冰系点，T
obs
为亮温观测值，γ为衰减因子，d为海冰厚度；
[0026]与亮温观测值方程联立：
[0027]T
abs
＝Ce
ice
T
ice
+(1C)e
water
T
water
[0028]式中，C为海冰密集度，亮温观测值T
obs
取决于海水亮温值T
water
、海冰亮温值T
ice
及海水发射率e
water
、海冰发射率e
ice
。
[0029]另一方面，本专利技术还提供一种基于多系点的被动微波海冰厚度反演系统，用于实现如上所述的一种基于多系点的被动微波海冰厚度反演方法。
[0030]而且，包括处理器和存储器，存储器用于存储程序指令，处理器用于调用存储器中的存储指令执行如上所述的一种基于多系点的被动微波海冰厚度反演方法。
[0031]或者，包括可读存储介质，所述可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序执行时，实现如上所述的一种基于多系点的被动微波海冰厚度反演方法。
[0032]本专利技术提出的基于被动微波多系点对反演海冰厚度的方法，能够避免海冰厚度反演中由单系点反演带来的不确定性，提高海冰厚度反演的可靠性。
附图说明
[0033]图1为本专利技术实施例的流程图；
[0034]图2为本专利技术实施例的不同海冰厚度下的相干和非相干发射率示意图。
具体实施方式
[0035]下面结合附图和实施例对本专利技术做进一步详细描述。
[0036]本专利技术实施例提供的一种基于被动微波多系点反演海冰厚度的方法，实现基于多系点的被动微波海冰厚度反演，如图1所示：
[0037]步骤1，卫星被动微波数据处理，包括提取海冰区域内各格网单元的相关数据；
[0038]实施例基于土壤湿度与海洋盐度(SMOS)卫星被动微波亮温数据，以北极区域海冰区为例，提取了40
°
～225
°
E，66
°
～85
°
N范围内各格本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于被动微波多系点反演海冰厚度的方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤1，卫星数据处理，提取被动微波数据包括经度、纬度、多角度多极化下的亮温观测值；提取海冰密集度数据包括经度、纬度和海冰密集度；步骤2，海冰亮温值整合，包括以下子步骤，步骤2.1，根据阈值法，进行射频干扰识别；步骤2.2，利用剔除射频干扰后的多角度多极化亮温观测值，计算得出海冰亮温值强度；步骤2.3，根据预设的分辨率，计算每个格网单元范围内的亮温观测值做平均；步骤3，海冰厚度反演，包括以下子步骤，步骤3.1，以海冰密集度产品格网为基础，进行数据处理；步骤3.2，将步骤2中提取的海冰亮温值，根据最近邻法插值到对应格网单元内；步骤3.3，在海冰冻结期内，构建格网单元内的海冰亮温值与海冰密集度的长时间序列，得出系点对，即稳定的海水亮温值和海冰亮温值；步骤3.4，基于系点对，引入半经验趋近方程，与亮温观测值方程联立，带入格网单元内的亮温观测值时间序列，根据最小二乘优化，得出衰减因子；步骤4，在海冰
‑
海水交界区域挑选重复步骤3，获取不同海域的不同系点对，最后，应用全部的系点对反演海冰厚度。2.根据权利要求1所述被动微波多系点反演海冰厚度的方法，其特征在于：步骤2.2中，计算得出海冰亮温值强度T
B，I
如下，其中，T
B，H
、T
B，V
分别是地球参考框架中的水平和垂直极化的亮度温度。3.根据权利要求1或2所述被动微波多系点反演海冰厚度的方法，其特征在于：步骤3.4中，得出系点对，引入半经验趋近方程：T
obs
＝...

【专利技术属性】
技术研发人员：李佳星，张胜凯，肖峰，耿通，李潇，朱本鑫，李斐，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：